论文在Mie理论基础上,给出了球形粒子对平面偏振光的散射强度和散射系数公式,利用连分式递推算法进行了编程计算,重点对1.06μm激光的模拟结果进行了分析。从得到的散射图像可以看出,散射强度角分布与散射粒子尺度有密切关系,随着粒子尺度的逐渐增大,散射光强主要集中到前、后向散射方向,集中的角度越来越窄,模拟结果明显出现了散射强度最弱的极值角,且该极值角随粒径的增大而增大,最后逼近90°方向。散射强度角分布与波长有关,当它们在同一数量级时达到最大值,与散射粒子折射率无关。该递推算法因为每一步计算都是独立的,与前后项的准确性没有关系,不存在不稳定、发散等情况,能够计算粒径参数范围从10^-4开始,对上限不受任何限制。

文章基于激光的传输和散射物理特性,建立了激光信号探测的二维解析模型,得到了在不同探测角度条件下的散射场能量,导出了后向散射光的到达延迟时间与探测角度和离轴距离关系的理论公式.在近轴、远距离传输情况下的离轴距离与延迟时间成简单的线性关系.延迟时间虽然取值很小,但大于脉冲宽度,提出了采用精确测量接收信号的延迟时间来实现二维空间中激光束离轴定位的方法.

本文应用Mie散射理论对微球体粒子光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得出了散射光分布与微球体尺度参数、复折射率之间的关系.结果表明:不同尺度参数的粒子的散射光强的分布相差极大,随着尺度参数的增加散射光强越来越集中于前向;复折射率的变化对散射光强影响不大.并且在边界层大陆乡村型霾的气溶胶模型下对大气气溶胶的体角散射系数进行了分析与数值计算,得出:气溶胶粒子的散射光强主要分布在前向,并且随着散射角的增加有规律的减小.由此提出了利用气溶胶粒子体散射系数的性质,通过测量散射点前向散射光强和延迟时间来实现激光束的近轴定位的方法.

提出数字散斑联合变换分数相关测量方法,利用分数相关可以锐化相关峰的作用,在数字散斑联合变换相关运算中用分数傅里叶变换代替傅里叶变换,提高测量精度.通过对散斑图像进行相位调制,有效地解决了分数傅里叶变换的移变性带来的谱移问题.编程模拟和对拉伸试件位移场测量的结果表明,只要选择合适的分数傅里叶变换级次和相位调制函数,可以使相关峰的半宽度从4～5pixel锐化到仅1pixel,得到优于傅里叶变换相关的理想输出.

在回顾光散射理论发展史的基础上,分析了常规Mie散射计算实现过程中的问题,并论述一种改进的简易Mie散射数值计算方法.参照科学记数法定义了一种"EDecimal"类型的数据结构及其基本数学运算和三角函数运算.采用动态链表技术实现了高效的C++ Mie散射计算程序.该程序不仅可以用来处理极端条件下的M ie散射计算,而且显著降低了算法的时间复杂度,提高了执行效率.与相同精度要求下采用 Wiscombe编写的MIEV0程序的计算结果进行了比较,并指出此程序精确可靠.

从狭义相对论原理和多普勒效应出发,导出了双天线测向定位系统接收频率变化量的理论公式,在忽略高阶无穷小量的条件下,多普勒频移为激光信号发射方向与接收机的参考方向之间夹角之差的正弦函数,在某些特殊位置,多普勒频移为零,根据零点的位置,理论上便可测得激光危险信号的来向.

根据红外辐射在大气中的传输特点,导出了利用消光系数对空中目标进行定位的公式,给出了空中目标在有相对运动时的单站无源定位,和目标在无相对运动时的双站交叉定位方法,即:利用两台相同的红外告警器对来袭目标进行定位的方法.这两种被动定位方法可以应用于**阵地系统的红外告警.